BRPI0808974A2 - METHOD FOR INCREASING THE CLARIFICATION CHARACTERISTIC OF A MIXING REACTOR AND A MIXING REACTOR - Google Patents
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Description
"MÉTODO PARA AUMENTAR A CARACTERÍSTICA DE CLARIFICAÇÃO EM UM REATOR DE MISTURA E DITO REATOR DE MISTURA""METHOD FOR INCREASING CLARIFICATION CHARACTERISTICS IN A MIXING REACTOR AND THIS MIXING REACTOR"
Campo da InvençãoField of the Invention
A presente invenção refere-se a um reator de mistura para misturar líquido e um sólido pulverulento, clarificação da solução que é formada e remoção da solução clarificada do reator de mistura, em cuja seção inferior está compreendido um leito fluidizado. A invenção também se refere a um método para misturar o líquido e o sólido pulverulento em um leito fluidizado, para clarificação da solução que é formada e para remoção da solução clarificada do reator de mistura.The present invention relates to a mixing reactor for mixing liquid and a pulverulent solid, clarifying the solution that is formed and removing the clarified solution from the mixing reactor, the lower section of which comprises a fluidized bed. The invention also relates to a method for mixing the liquid and the pulverulent solid in a fluidized bed, for clarifying the solution that is formed and for removing the clarified solution from the mixing reactor.
Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention
Os reatores de mistura são geralmente cilíndricos e possuem diâmetros padronizados. Tipicamente, são equipados com chicanas fixadas nas paredes do reator, com a finalidade de remover um vórtice central que suga gás da superfície, o que é considerado perigoso. Os processos que se constituem de fases sólida/solução, normalmente, requerem mistura, o que inclui potente turbulência e adequada circulação.Mixing reactors are generally cylindrical and have standard diameters. Typically, they are equipped with baffles attached to the reactor walls to remove a central vortex that sucks gas from the surface, which is considered hazardous. Solid / solution phase processes usually require mixing, which includes potent turbulence and proper circulation.
A alimentação dentro do reator de mistura normalmente ocorre mediante alimentação do sólido e da solução dentro do espaço de reação superior. Geralmente, é desejado que em um reator que opera continuamente, tanto os sólidos como a solução sejam removidos, mais ou menos, com a densidade da lama que ocupa o espaço reacional. Assim, não é desejável que as partículas mais pesadas nem as partículas mais grossas permaneçam no reator. Dessa forma, é natural que a remoção da corrente de lama possa ser instalada, vantajosamente, na parede do reator, ocorrendo principalmente como transbordamento. Entretanto, existem casos em que se deseja remover a solução que reagiu com os sólidos do espaço reacional na forma pura, isto é, sem partículas sólidas. Um desses casos é apresentado na Patente U.S. No. 3.954.452,Feed into the mixing reactor typically occurs by feeding the solid and solution into the upper reaction space. Generally, it is desired that in a continuously operating reactor, both solids and solution should be removed more or less with the sludge density that occupies the reaction space. Thus, it is not desirable for the heavier or coarse particles to remain in the reactor. Thus, it is natural that the removal of the sludge stream can be advantageously installed on the reactor wall, occurring mainly as overflow. However, there are cases where it is desired to remove the solution which reacted with the solids from the reaction space in pure form, ie without solid particles. One such case is disclosed in U.S. Patent No. 3,954,452,
na qual a reação de cimentação da solução de cádmio e pó de zinco é realizada no início do leito fluidizado. Quando a solução é alimentada na seção inferior da zona reacional, uma eficiente mistura é obtida no leito fluidizado. A parte inferior do reator se alarga conicamente para cima, sendo 10 de formato cilíndrico a partir desse ponto ascendente. Existem chicanas na parede da parte inferior do reator, que em conjunto com o elemento de mistura tritura quaisquer aglomerados que são gerados. A parte superior do reator também se alarga conicamente para cima. Assim, o reator 15 consiste de três zonas: a zona de reação, a zona de repouso e a zona de clarificação, em que a zona de reação é a parte inferior do reator, o centro forma a zona de repouso e a seção superior a zona de clarificação. Um elemento de mistura para ser utilizado na mistura em si não é aqui 20 usado.in which the cementation reaction of the cadmium solution and zinc powder is performed at the beginning of the fluidized bed. When the solution is fed into the lower section of the reaction zone, efficient mixing is obtained in the fluidized bed. The bottom of the reactor widens conically upwards, 10 being cylindrical in shape from that upward point. There are baffles on the bottom wall of the reactor, which together with the mixing element grinds any clumps that are generated. The upper part of the reactor also widens conically upwards. Thus, reactor 15 consists of three zones: the reaction zone, the rest zone and the clarification zone, where the reaction zone is the bottom of the reactor, the center forms the rest zone, and the upper section of the reaction zone. clarification zone. A mixing element for use in the mixture itself is not used herein.
No método de acordo com a Patente U.S. No. 3.954.452, a solução da zona de fluidização de eleva através do alargamento cônico para a zona de clarificação, onde a unidade de remoção da solução se dispõe sobre a 25 parede da zona de clarificação. O processo apresentado é da cimentação da solução de cádmio e pó de zinco. Nessa reação de cimentação, é formado pó de cádmio, o qual é mais leve devido a sua poros idade e, ao mesmo tempo, também mais fino. Um objetivo é evitar que as partículas sólidas 30 formadas como produto reacional saiam do reator junto com a solução. Outra dificuldade encontrada nesse caso também tem sido a pegajosidade que ocorre entre as partículas tipo farpas, isto é, a aglomeração. Gradualmente, os aglomerados crescem em tal proporção que o movimento no leito fluidizado se deteriora e, finalmente, é interrompido completamente. Por essa razão, é alimentada uma solução floculante na zona de fluidização ara prevenir a aglomeração. Uma vez que, na prática, a prevenção não é 5 completamente perfeita, um elemento de mistura para triturar os aglomerados é localizado na seção inferior e, de modo correspondente, pequenas chicanas são localizadas nas paredes para absorver a força de impacto e evitar os vórtices.In the method according to U.S. Patent No. 3,954,452, the solution of the fluidization zone rises by conical widening to the clarification zone, where the solution removal unit is arranged over the wall of the clarification zone. The process presented is the cementation of cadmium solution and zinc dust. In this cementation reaction, cadmium powder is formed, which is lighter due to its age pores and at the same time also thinner. One objective is to prevent solid particles formed as reaction product from leaving the reactor together with the solution. Another difficulty encountered in this case has also been the stickiness that occurs between the splinters, that is, agglomeration. Gradually, the agglomerates grow to such a degree that the movement in the fluidized bed deteriorates and finally is completely stopped. For this reason, a flocculant solution is fed into the fluidization zone to prevent agglomeration. Since in practice the prevention is not completely perfect, a mixing element for grinding the agglomerates is located in the lower section and correspondingly small baffles are located in the walls to absorb impact force and avoid vortices. .
A intensidade de força e a distância de altura daThe force intensity and height distance of the
superfície do leito fluidizado (Hmax) que as descargas dirigidas ascendentemente alcançam dependem das condições da zona de fluidização. Assim, é importante que a corrente se eleve acima da altura acima mencionada o mais uniformemente e numa velocidade a mais baixa possível.The surface of the fluidized bed (Hmax) that upwardly directed discharges reach depends on the conditions of the fluidization zone. Thus, it is important that the current rises above the aforementioned height as evenly and at the lowest possible speed.
Entretanto, na prática, o que acontece é que solução circula o mais diretamente possível e pela rota mais curta na direção da unidade de remoção, de modo que o campo de fluxo se torna um cone curvado conicamente. Isso, 20 por sua vez, significa que a velocidade da corrente da solução portadora de quaisquer possíveis partículas aumenta, não existindo nenhuma chance das partículas em si se libertarem do fluxo.However, in practice, what happens is that solution flows as directly as possible and along the shortest route towards the removal unit, so that the flow field becomes a conically curved cone. This, in turn, means that the current velocity of the solution carrier of any possible particles increases, and there is no chance of the particles themselves being released from the flow.
0 problema com o equipamento descrito acima é que 25 o material do leito que evita a remoção dos sólidos deve ser adequadamente grosso. No entanto, na medida em que a reação prossegue, o tamanho de partícula dos sólidos no leito diminui, pelo que a quantidade de sólidos levada junto com a solução aumenta.The problem with the equipment described above is that the bed material that prevents the removal of solids must be suitably thick. However, as the reaction proceeds, the particle size of the solids in the bed decreases, whereby the amount of solids taken with the solution increases.
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Objetivos da InvençãoObjectives of the Invention
0 objetivo da invenção aqui apresentada é eliminar os inconvenientes que surgem nas técnicas descritas anteriormente pelo estado da técnica. Portanto, se objetiva um reator de mistura, no qual é formado um leito fluidizado consistindo de um líquido e sólidos, de modo que a quantidade de sólidos contida na solução removida do leito fluidizado seja a menor possível.The object of the invention presented herein is to eliminate the drawbacks that arise in the techniques described above by the prior art. Therefore, a mixing reactor in which a fluidized bed consisting of a liquid and solids is formed is such that the amount of solids contained in the solution removed from the fluidized bed is as small as possible.
Resumo da InvençãoSummary of the Invention
0 reator de mistura de acordo com a presente invenção é idealizado para mistura de um líquido e um sólido entre si, em um leito fluidizado, para clarificação da solução formada e remoção da solução clarificada do reator, o qual consiste de três seções. A seção mais inferior é, tipicamente, uma zona de reação cilíndrica, dentro da qual a solução a ser tratada e o sólido pulverulento são alimentados para formar um leito fluidizado. A parte superior da seção de leito fluidizado ou zona de reação é conectada a uma zona de repouso que se alarga para cima conicamente. Conectada com a parte superior da zona de repouso, se dispõe uma zona de clarificação cilíndrica, a qual apresenta um diâmetro igual ao da parte superior da zona de repouso. A seção inferior da zona de reação é equipada com uma unidade de alimentação e uma unidade de descarga é localizada na zona de clarificação abaixo da superfície do líquido, em que a abertura de descarga se dispõe essencialmente no eixo central do reator. Pelo menos, um elemento guia para dirigir o fluxo de solução é posicionado na vizinhança da abertura de descarga para evitar o fluxo de partículas sólidas com a solução.The mixing reactor according to the present invention is designed for mixing a liquid and a solid together in a fluidized bed for clarifying the formed solution and removing the clarified solution from the reactor, which consists of three sections. The lower section is typically a cylindrical reaction zone within which the solution to be treated and the pulverulent solid are fed to form a fluidized bed. The upper part of the fluidized bed section or reaction zone is connected to a conically widening upward rest zone. Connected to the top of the rest zone is a cylindrical clarification zone having a diameter equal to the top of the rest zone. The lower section of the reaction zone is equipped with a feed unit and a discharge unit is located in the clarification zone below the liquid surface, where the discharge opening is disposed essentially at the central axis of the reactor. At least one guide element for directing the solution flow is positioned in the vicinity of the discharge opening to prevent the flow of solid particles with the solution.
De acordo com uma modalidade da invenção, a unidade de alimentação para o líquido a ser alimentado é dirigida obliquamente para baixo.According to one embodiment of the invention, the supply unit for the liquid to be fed is directed obliquely downwards.
De acordo com uma modalidade da invenção, a unidade de descarga da solução decantada é dirigida obliquamente para baixo e o elemento guia que direciona o fluxo da solução é uma placa de prevenção de fluxo anular, a qual é posicionada em volta da abertura de descarga.According to one embodiment of the invention, the decanted solution discharge unit is directed obliquely downwardly and the solution directing element of the solution is an annular flow prevention plate which is positioned around the discharge opening.
A placa de prevenção de fluxo pode ser plana ou cônica ascendente. 0 diâmetro externo da placa de prevenção de fluxo, preferivelmente, é 20%-30% maior que o diâmetro da zona de reação.The flow prevention plate may be flat or upwardly tapered. The outside diameter of the flow prevention plate preferably is 20-30% larger than the diameter of the reaction zone.
Na medida em que a unidade de descarga da solução decantada é dirigida obliquamente para baixo, o elemento guia que direciona o fluxo da solução, além da placa de 10 prevenção de fluxo anular, preferivelmente, também inclui um anel guia acima desta última, dirigido na direção do centro do reator, a partir da parede do reator. Tipicamente, o anel guia se estende para dentro da parede do reator, por uma distância que é da ordem de 10-3 0% do 15 diâmetro da zona de clarificação.As the decanted solution discharge unit is directed obliquely downward, the guide element directing the solution flow in addition to the annular flow prevention plate preferably also includes a guide ring above the latter directed at the direction of the reactor center from the reactor wall. Typically, the guide ring extends into the reactor wall for a distance of the order of 10-30% of the diameter of the clarification zone.
De acordo com outra modalidade da invenção, a unidade de descarga da solução clarificada é dirigida para cima, e o elemento guia do fluxo da solução é uma placa de ajuste, a qual está localizada abaixo da abertura de descarga.According to another embodiment of the invention, the clarified solution discharge unit is directed upwards, and the solution flow guide element is an adjustment plate which is located below the discharge opening.
De acordo com uma modalidade da invenção, um anel de estrangulamento dirigido interiormente a partir da parede do reator é localizado ente a zona de reação e a zona de repouso. Preferivelmente, é deixado um afastamento entre o anel de estrangulamento e a parede do reator.According to one embodiment of the invention, a choke ring directed inwardly from the reactor wall is located between the reaction zone and the rest zone. Preferably, a gap is left between the choke ring and the reactor wall.
De acordo com uma modalidade da invenção, a zona de reação é equipada com um rotor misturador, feito de um tubo tipo espiral.According to one embodiment of the invention, the reaction zone is equipped with a mixer rotor made of a spiral tube.
A invenção também se refere a um método para 30 mistura de um líquido e um sólido pulverulento, em um leito fluidizado, para clarificação da solução que se forma e remoção da solução clarificada de um reator de mistura. Um leito fluidizado composto de líquido e sólidos é disposto na parte inferior do reator, sua zona de reação (I), uma zona de repouso (II) acima desta, na qual a seção transversal se alarga para cima, uma zona de clarificação (III) acima desta, cuja seção transversal é igual a da parte superior da zona de repouso (II). É típico do método, que a área de seção transversal do fluxo de solução que se eleva ascendentemente na zona de clarificação (III) é obrigado a se alargar por meio de, pelo menos, um elemento guia, antes da solução ser removida, principalmente, através da abertura de descarga da unidade de descarga localizada no eixo central do reator. Na medida em que a área de seção transversal se alarga, a vazão da solução desacelera e, simultaneamente, o fluxo é obrigado a formar redemoinhos de retorno na vizinhança da parede do reator, dentro do qual as partículas sólidas levadas junto com a solução decantam. Em seguida, elas voltam a cair no leito fluidizado.The invention also relates to a method for mixing a liquid and a pulverulent solid into a fluidized bed for clarifying the forming solution and removing the clarified solution from a mixing reactor. A fluidized bed composed of liquid and solids is arranged at the bottom of the reactor, its reaction zone (I), a rest zone (II) above it, in which the cross section widens upwards, a clarification zone (III). ) above it, whose cross section is equal to that of the upper part of the rest zone (II). It is typical of the method that the upwardly rising cross-sectional area of the solution stream in the clarification zone (III) is required to be widened by at least one guide element before the solution is removed principally. through the discharge opening of the discharge unit located on the central axis of the reactor. As the cross-sectional area widens, the solution flow rate decelerates and, simultaneously, the flow is forced to form return swirls in the vicinity of the reactor wall, within which the solid particles carried along with the solution decant. Then they fall back into the fluidized bed.
De acordo com uma modalidade do método de acordo com a invenção, o líquido a ser tratado é alimentado na parte inferior da zona reacional numa direção oblíqua descendente.According to one embodiment of the method according to the invention, the liquid to be treated is fed into the lower part of the reaction zone in an oblique downward direction.
De acordo com uma modalidade do método de acordo com a invenção, a área de seção transversal do fluxo de solução que se eleva ascendentemente é obrigada a se alargar por meio de um elemento guia tipo placa, substancialmente horizontal, localizado abaixo da unidade de descarga.According to one embodiment of the method according to the invention, the upwardly rising cross-sectional area of the solution stream is required to be widened by means of a substantially horizontal plate-like guide member located below the discharge unit.
De acordo com outra modalidade do método de acordo com a invenção, a área de seção transversal do fluxo de solução que se eleva ascendentemente é obrigada a se alargar por meio de um elemento guia anular, localizado em volta da unidade de descarga.According to another embodiment of the method according to the invention, the upwardly rising cross-sectional area of the solution flow is required to be widened by means of an annular guide element located around the discharge unit.
De acordo com uma terceira modalidade do método de acordo com a invenção, a área de seção transversal do fluxo de solução que se eleva ascendentemente é obrigada a se alargar por meio de um elemento guia anular, localizado em volta e acima da unidade de descarga.According to a third embodiment of the method according to the invention, the upwardly rising solution flow cross-sectional area is required to widen by means of an annular guide element located around and above the discharge unit.
Quando a área de seção transversal do fluxo de solução que se eleva ascendentemente é obrigada a se 5 alargar por meio de um elemento guia anular, localizado em volta e acima da unidade de descarga, é preferível que o elemento guia situado acima se estenda a partir da parede do reator de forma anular, na direção do seu interior, por uma distância da ordem de 10%-3 0% do diâmetro da zona de 10 clarificação.When the upwardly rising solution flow cross-sectional area is required to widen by an annular guide element located around and above the discharge unit, it is preferable that the above guide element extends from annular wall of the reactor towards the interior by a distance of the order of 10% -3 0% of the diameter of the 10 clarification zone.
O teor de sólidos na zona de clarificação da parte superior do reator, preferivelmente, é regulado para ser em torno de zero. A formação e manutenção de um leito fluidizado são obtidas por meio do fluxo de solução sendo 15 alimentado na seção inferior do reator, o que atende à exi gi da mi s tura.The solids content in the clarification zone of the upper reactor is preferably set to around zero. The formation and maintenance of a fluidized bed is obtained by the solution flow being fed into the lower section of the reactor, which meets the requirement.
De acordo com uma modalidade do método de acordo com a invenção, um elemento de mistura rotativo adequado para tal finalidade é usado no reator de leito fluidizado, 20 a fim de intensificar mistura e o balanceamento do fluxo da solução. As características essenciais da invenção se tornarão evidentes a partir da leitura das reivindicações anexas.According to one embodiment of the method according to the invention, a rotary mixing element suitable for such purpose is used in the fluidized bed reactor 20 in order to enhance mixing and solution flow balancing. The essential features of the invention will become apparent from the reading of the appended claims.
Lista dos DesenhosList of Drawings
0 equipamento de acordo com a invenção é descrito em maiores detalhes com referência aos desenhos anexos, nos quais:The equipment according to the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
- a figura 1 apresenta uma seção vertical de um reator de mistura do estado da técnica, com seus campos de fluxo;Figure 1 shows a vertical section of a prior art mixing reactor with its flow fields;
- a figura 2 apresenta uma seção vertical de um desenho principal de um reator de mistura, de acordo com a invenção; - a figura 3 apresenta uma seção vertical do reator de mistura, de acordo com a figura 2, em maiores detalhes;Figure 2 shows a vertical section of a main design of a mixing reactor according to the invention; Figure 3 shows a vertical section of the mixing reactor according to Figure 2 in greater detail;
- a figura 4 apresenta uma seção vertical de outro reator de mistura, de acordo com a invenção;Figure 4 shows a vertical section of another mixing reactor according to the invention;
a figura 5 apresenta uma seção vertical de uma modificação de um reator de mistura, de acordo com a invenção; eFigure 5 shows a vertical section of a modification of a mixing reactor according to the invention; and
- a figura 6 apresenta uma seção vertical de outro reator de mistura, de acordo com a invenção.Figure 6 shows a vertical section of another mixing reactor according to the invention.
Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention
0 objetivo do método de acordo com a invenção é obter um tipo de campo de fluxo em um reator de mistura que facilite as tentativas de prevenir a remoção de partículas sólidas proveniente de um leito fluidizado disposto na zona de reação em questão. Assim, o objetivo é formar uma solução clarificada e prevenir a descarga do reator de partículas que se elevam da zona de reação com a corrente de solução, e retornar, finalmente, as ditas partículas de volta para a seção inferior do reator.The object of the method according to the invention is to obtain a flow field type in a mixing reactor that facilitates attempts to prevent the removal of solid particles from a fluidized bed disposed in the reaction zone in question. Thus, the objective is to form a clarified solution and prevent the reactor discharge of particles rising from the reaction zone with the solution stream, and finally return said particles back to the lower reactor section.
0 método agora desenvolvido, de acordo com a invenção, para obtenção de um controlado e desejado campo de fluxo em um reator de mistura é baseado no efeito de balanceamento do fluxo de descarga da solução da zona de fluidização do reator ou da zona de reação e, particularmente, no efeito de desaceleração e também de controle da vazão, provocado pelos elementos guias da zona de clarificação do reator. 0 efeito de balanceamento da zona de fluidização pode ser ainda otimizado com um apropriado elemento de mistura.The method now developed according to the invention for obtaining a controlled and desired flow field in a mixing reactor is based on the effect of balancing the discharge flow of the reactor fluidization zone or reaction zone solution and particularly in the deceleration effect and also the flow control effect caused by the guide elements of the reactor clarification zone. The balancing effect of the fluidization zone can be further optimized with an appropriate mixing element.
A figura 1 apresenta um reator de mistura de acordo com o estado da técnica (1), no qual um líquido e um sólido são tratados, de modo que o sólido pulverulento forma um leito fluidizado e, ao mesmo tempo, reage com o líquido alimentado dentro da seção inferior (2) do reator. A seção inferior (2) do reator se alarga conicamente para cima e se estende ascendentemente na seção intermediáriaFigure 1 shows a state of the art mixing reactor (1) in which a liquid and a solid are treated so that the powdery solid forms a fluidized bed and at the same time reacts with the fed liquid. inside the lower section (2) of the reactor. The bottom section (2) of the reactor conically widens upward and extends upwardly into the middle section.
(3), proporcionando um formato cilíndrico. A seção superior(3) providing a cylindrical shape. The upper section
(4) do reator também se alarga conicamente para cima. A solução, que é acentuadamente isenta de sólidos, é removida da seção superior do reator, através de uma unidade de descarga (5) localizada na sua parede. Deve ser prestada atenção ao aumento da superfície de contato no reator, entre o sólido e a solução, e à explosão de energia da corrente de solução em si. Portanto, uma zona de fluidização (6) com um alto teor de lama é formada na seção central do reator. Além disso, o reator é dotado de uma hélice (7) e chicanas (8) para trituração dos aglomerados, as quais são usadas, por um lado, para tentar prevenir a formação de aglomerados e, por outro lado, para triturar os aglomerados que se formam em partículas sólidas individuais. A formação de aglomerados é também evitada mediante alimentação de um agente de floculação de forma contínua dentro da solução.(4) the reactor also conically widens upwards. The solution, which is markedly free of solids, is removed from the upper section of the reactor via a discharge unit (5) located on its wall. Attention should be paid to increasing the contact surface in the reactor between the solid and the solution and the energy explosion of the solution stream itself. Therefore, a fluidization zone (6) with a high mud content is formed in the central section of the reactor. In addition, the reactor is provided with a propeller (7) and baffles (8) for grinding the agglomerates, which are used on the one hand to try to prevent agglomeration and on the other hand to crush the agglomerates which they form into individual solid particles. Agglomeration is also prevented by continuously feeding a flocculating agent into the solution.
É sabido que em determinadas condições, jatos de lama (9) se formam na superfície superior do leito fluidizado no reator de mistura, as quais são dirigidas para cima e que são da categoria de leito fluidizado quanto à densidade da lama e ao tamanho de partícula. A altura dos jatos (Hmax) pode ser calculada teoricamente. Isso significa que todos os tamanhos de partículas sólidas se aproximam dessa altura. Outro fenômeno correlacionado ao fluxo que resulta nas partículas sólidas terminando na corrente de descarga da solução é o fato de que o fluxo, de fato, normalmente ajuda a abertura de descarga o mais diretamente possível. Assim, é formada uma corrente (10), na direção da unidade de descarga (5) , onde a área de seção transversal da corrente é continuamente reduzida. Isso, por sua vez, significa que a vazão no campo de fluxo aumenta na mesma velocidade. Se a superfície do leito fluidizado for uniforme, a velocidade de decantação e a dita vazão podem determinar o tamanho de partícula das partículas sólidas que saem com a solução. No entanto, os jatos acima mencionados que são lançados apara cima são capazes de elevar as partículas para a altura Hmax, mesmo aquelas de uma maior velocidade de decantação, de modo que a sua vazão é maior do que na superfície do leito. Como resultado, as partículas sólidas são descarregadas do leito sempre em maiores quantidades. Como pode se supor, uma seção superior expandida não constitui uma solução em si, embora, isso, sem dúvida, melhore a situação. O aumento na altura da seção superior expandida, naturalmente, ajuda a prevenir a remoção de partículas sólidas.It is known that under certain conditions mud jets (9) form on the upper surface of the fluidized bed in the mixing reactor, which are directed upwards and which are of the fluidized bed category in terms of mud density and particle size. . The height of the jets (Hmax) can be calculated theoretically. This means that all solid particle sizes approach this height. Another flow-related phenomenon that results in solid particles terminating in the solution discharge stream is the fact that the flow, in fact, usually helps the discharge opening as directly as possible. Thus, a stream 10 is formed towards the discharge unit 5 where the cross-sectional area of the stream is continuously reduced. This in turn means that the flow in the flow field increases at the same rate. If the fluidized bed surface is uniform, the settling rate and said flow rate may determine the particle size of the solid particles leaving the solution. However, the aforementioned jets which are thrown upwards are capable of elevating the particles to the Hmax height, even those of a higher settling speed, so that their flow rate is greater than on the bed surface. As a result, solid particles are always discharged from the bed in greater quantities. As it may be supposed, an expanded upper section is not a solution in itself, although this undoubtedly improves the situation. Increasing the height of the expanded top section naturally helps prevent the removal of solid particles.
O evento de fluxo e reator de mistura pertencente ao método de acordo com a invenção é primeiramente ilustrado numa modalidade simples mostrada na figura 2. O reator de mistura compreende três zonas: a zona de reação 20 em questão (I), a zona de repouso (II) e a zona de clarificação (III).The flow event and mixing reactor belonging to the method according to the invention is first illustrated in a simple embodiment shown in Figure 2. The mixing reactor comprises three zones: the reaction zone 20 (I), the resting zone (II) and the clarification zone (III).
A zona de reação (I) é principalmente cilíndrica, com u ma área de seção transversal constante. A seção inferior isoladamente se estreita conicamente para baixo. A 25 solução a ser tratada (11) é alimentada no reator de mistura (12) com um tubo (13) dirigido obliquamente para baixo, dentro da seção inferior da zona de fluidização formada pelo sólido pulverulento e a solução. Desse modo simples, é alcançado um fluxo uniforme ascendente. Em 30 muitos casos, não são formados aglomerados prejudiciais, de modo que, de modo mais simples, não são necessários mais misturadores de trituração ou de grade, como também as chicanas. Em determinadas condições, são formados jatos de lama dirigidos para cima, a partir da superfície da camada de fluidização, na zona de repouso (II) . Nessa seção, as partículas sólidas que deixaram a parte superior do leito fluidizado com a solução, mas que depois, se separaram dela, retornam para a zona de reação.The reaction zone (I) is mainly cylindrical, with a constant cross-sectional area. The lower section alone narrows conically downward. The solution to be treated (11) is fed into the mixing reactor (12) with a downwardly directed tube (13) within the lower section of the fluidization zone formed by the powdery solid and the solution. In this simple manner, a uniform upward flow is achieved. In many cases no harmful agglomerates are formed, so more simply no more grinding or grating mixers are needed, as are baffles. Under certain conditions, upwardly directed mud jets are formed from the surface of the fluidization layer in the resting zone (II). In this section, the solid particles that left the top of the fluidized bed with the solution but then separated from it return to the reaction zone.
0 diâmetro (T3) do reator na zona de clarificação (III) é de 1,5 a 3,0 vezes o diâmetro (Tl) da zona parcial de reação, preferivelmente, é entre 2 a 2,5 vezes, após o que as velocidades médias de elevação da solução caem para entre 0,44 e 0,11 vezes a velocidade de elevação que ocorre na zona (I) e, de forma correspondente, para entre 0,2 5 e 0,16 vezes no caso preferido.The diameter (T3) of the reactor in the clarification zone (III) is 1.5 to 3.0 times the diameter (T1) of the partial reaction zone, preferably 2 to 2.5 times, after which the Average solution elevation rates fall to between 0.44 and 0.11 times the elevation rate that occurs in zone (I) and correspondingly to between 0.25 and 0.16 times in the preferred case.
Em conformidade com a invenção, um elemento guia tipo placa (A) é posicionado na metade da zona de clarificação. 0 elemento guia força o fluxo da solução que se eleva do centro da zona na direção das paredes laterais, de modo que o fluxo é retardado. Uma vez que o elemento guia tipo placa é uma placa de prevenção de fluxo anular, a qual é posicionada em volta da abertura de descarga (C) da unidade de descarga (B), seu diâmetro externo é maior que o diâmetro (Tl) da zona de reação (I) , preferivelmente, em torno de 20 a 30%. É típico do método e equipamento de acordo com a invenção que a unidade de descarga para remoção da solução do reator seja localizada na seção superior da zona de clarificação, sobre o seu eixo central (D) , mas, abaixo da superfície de líquido (E) . A solução é removida do reator através da unidade de descarga e a unidade de descarga, tipicamente, é dirigida obliquamente para baixo e sobre a parede lateral ou, alternativamente, principalmente, diretamente para cima. A inclinação da unidade de descarga, a princípio, não causa maiores efeitos, pelo fato de que a solução não contém uma significativa quantidade de sólidos que possam se sedimentar sobre o fundo da unidade.In accordance with the invention, a plate-like guide element (A) is positioned in the middle of the clarification zone. The guide element forces the flow of the solution that rises from the center of the zone towards the sidewalls, so that the flow is retarded. Since the plate-like guide element is an annular flow prevention plate which is positioned around the discharge opening (C) of the discharge unit (B), its outside diameter is larger than the diameter (T1) of the discharge. reaction zone (I), preferably around 20 to 30%. It is typical of the method and apparatus according to the invention that the discharge unit for reactor solution removal is located in the upper section of the clarification zone, about its central axis (D), but below the liquid surface (E ). The solution is removed from the reactor through the discharge unit and the discharge unit typically is directed obliquely downward and over the sidewall or alternatively, mainly directly upwards. The tilting of the discharge unit does not cause any major effects at first because the solution does not contain a significant amount of solids that can settle to the bottom of the unit.
Quando as velocidades médias relativas da solução acima mencionada forem de 100% na zona de reação (I) e de 22% na zona de clarificação (III), em tão, na realidade, elas serão de 100% na zona de reação, 62% nos estágios intermediários da zona de clarificação e de 29% próximo da placa guia mais baixa. Isso significa que na medida em que a velocidade cai para 3 0%, algumas das partículas que são levadas juntas caem fora do fluxo, precisamente, por causa da velocidade de clarificação. Além disso, quando a solução na seção superior cair dentro de um fluxo em curva, a proporção de partículas que se separam cresce, como resultado do efeito ciclone. Os vórtices laterais dimensionáveis dirigidos na direção das bordas da seção central retornam as partículas separadas para a zona de reação (I).When the relative average speeds of the above solution are 100% in the reaction zone (I) and 22% in the clarification zone (III), then in reality they will be 100% in the reaction zone, 62%. intermediate stages of the clarification zone and 29% near the lower guide plate. This means that as the velocity drops to 30%, some of the particles that are carried together fall out of flux precisely because of the clarification velocity. In addition, when the solution in the upper section falls within a curved flow, the proportion of particles separating increases as a result of the cyclone effect. The scalable side vortices directed toward the edges of the central section return the separated particles to the reaction zone (I).
0 leito de fluidização em si na zona de reação previne a descarga de partículas finas e reduz o 20 espaçamento de partículas que se elevaram para a superfície do leito junto com a solução. A retenção de partículas sólidas no leito pode ser otimizada com a vantajosa colocação da alimentação da solução, por exemplo, mediante alimentação da solução obliquamente para baixo, conforme 25 visto na figura 2. Além disso, um elemento de mistura pode ser usado no leito fluidizado, substituindo a grade geralmente localizada abaixo do leito fluidizado. Conforme já descrito acima, pelo menos um elemento guia de fluxo dirige o fluxo localizado na zona de clarificação. Um fluxo 30 de descarga menor que a velocidade de clarificação de partículas é obtido mediante extensão da zona superior de clarificação e localização da abertura de descarga, simetricamente, sobre o eixo central da parte de clarificação. A intensificada estabilização do fluxo e a formação de vórtices de tipo ciclônico são obtidas com, pelo menos, um elemento guia de fluxo, em conformidade com a presente invenção.The fluidization bed itself in the reaction zone prevents the discharge of fine particles and reduces the spacing of particles that have risen to the bed surface along with the solution. The retention of solid particles in the bed can be optimized by the advantageous placement of the solution feed, for example by feeding the solution obliquely downwards as seen in Figure 2. In addition, a mixing element can be used in the fluidized bed. replacing the grid generally located below the fluidized bed. As already described above, at least one flow guide element directs the flow located in the clarification zone. A discharge flow 30 less than the particle clarification rate is obtained by extending the upper clarification zone and locating the discharge aperture symmetrically about the central axis of the clarification part. Enhanced flow stabilization and cyclonic vortex formation are achieved with at least one flow guide element in accordance with the present invention.
Um reator de mistura conforme a figura 2, é ilustrado na figura 3 em maiores detalhes. A solução a ser tratada (11) é alimentada ao reator de mistura (12), o qual, na prática, se realiza através de um tubo (13), dirigido obliquamente para baixo, dentro da zona de reação, na seção inferior do reator, isto é, a seção do leito fluidizado (14) (I). O pó para formar o leito fluidizado é alimentado, por exemplo, em bateladas, de uma maneira conhecida per si. 0 objetivo não é diminuir a quantidade de pó que atua como leito, ao invés disso, a finalidade é reagir com a solução. A intenção é de também obter o efeito de fluidização que se eleva ascendentemente o mais uniforme possível, entre o sólido pulverulento e a solução. Conforme é bem conhecido, a fluidização promove a fricção e variabilidade mais efetivas para as superfícies de contato entre partículas e solução. Em princípio, o dimensionamento da seção inferior é feito com base na demora e nível de fluidização exigidos pelas reações. O nível de fluidização significa o vazio entre os sólidos e a solução, isto é, a proporção de solução no volume total (ε) , que, normalmente, se situa na faixa de 0,5 < ε < 0,9. O nível de fluidização juntamente com o tamanho de partículas determina o comportamento do leito, em outras palavras, por exemplo, se o nível de fluidização é calmo ou de forma erupções tipo jato.A mixing reactor according to figure 2 is illustrated in figure 3 in greater detail. The solution to be treated (11) is fed to the mixing reactor (12), which in practice is carried out through a tube (13), directed obliquely downward into the reaction zone in the lower reactor section. , that is, the fluidized bed section (14) (I). The powder to form the fluidized bed is fed, for example, into batches in a manner known per se. The goal is not to decrease the amount of dust that acts as a bed, but rather to react with the solution. The intention is also to obtain the upwardly increasing fluidization effect as uniform as possible between the powdery solid and the solution. As is well known, fluidization promotes the most effective friction and variability for the contact surfaces between particles and solution. In principle, the bottom section is designed based on the delay and fluidization level required by the reactions. Fluidization level means the void between solids and solution, ie the ratio of solution to total volume (ε), which is usually in the range of 0.5 <ε <0.9. Fluidization level coupled with particle size determines the behavior of the bed, in other words, for example, whether the fluidization level is calm or jet-like eruptions.
0 leito de fluidização (15) apresenta o necessário número de chicanas de fluxo (16) situadas nas paredes laterais da zona de reação. Algumas vezes, nas reações, os aglomerados começam a se formar a partir de partículas sólidas e a ligação dos mesmos tem de ser interrompida por um elemento misturador de trituração mecânico (17), tal como, aquele ilustrado no reator da figura 1.The fluidization bed (15) has the required number of flow baffles (16) located on the side walls of the reaction zone. Sometimes, in reactions, the agglomerates begin to form from solid particles and their bonding must be interrupted by a mechanical grinding mixing element (17), such as that illustrated in the reactor of Figure 1.
A solução que sai da zona de reação (14) para a zona de repouso (18) (H) inclui uma determinada quantidade de partículas sólidas, que são adequadamente finas no tamanho de partícula, essa quantidade sendo determinada pela velocidade de elevação da solução e velocidade de clarificação das partículas, assim como, da altura das erupções de lama acima mencionadas (19). No caso preferido, o fluxo da solução é tão uniforme que sua velocidade de elevação pode ser calculada aproximadamente a partir da fórmula:The solution leaving the reaction zone (14) to the resting zone (18) (H) includes a certain amount of solid particles, which are suitably fine in particle size, this amount being determined by the rate of elevation of the solution and particle clarification rate as well as the height of the aforementioned mud eruptions (19). In the preferred case, the solution flow is so uniform that its elevation velocity can be roughly calculated from the formula:
w = Q / A, onde:w = Q / A where:
w = velocidade de elevação média da solução [m/s], calculada através de toda a área de seção transversal da zona de reação;w = average solution elevation speed [m / s], calculated over the entire cross-sectional area of the reaction zone;
Q = fluxo da solução [m3/s]; eQ = solution flow [m3 / s]; and
A = área de seção transversal da zona de reação [m2] .A = cross-sectional area of reaction zone [m2].
Normalmente, quando calculado desse modo, a solução alcança uma suficiente velocidade, de modo que redemoinhos de retorno dirigidos descendentemente (21), típicos de erupções, são formados em volta do fluxo ascendente (20), isto é, formação de um efeito ciclone. Esses redemoinhos tentam comprimir o fluxo ascendente e, dessa forma, promover o transporte em conjunto das partículas com a solução. A situação é ligeiramente melhorada mediante a utilização da zona de repouso com alargamento ascendente cônico.Normally, when calculated in this way, the solution reaches a sufficient velocity so that downwardly directed swirls (21), typical of eruptions, are formed around the upstream (20), i.e. formation of a cyclone effect. These swirls try to compress the upstream and thereby promote the conjoint transport of the particles with the solution. The situation is slightly improved by using the rest area with conical upward widening.
Para que as partículas sólidas na zona de clarificação (22) (III), que se separaram do leito fluidizado sejam obrigadas a retornar para o leito, a zona de clarificação tem de ser de diâmetro suficientemente grande e, particularmente, na altura, na faixa de 1,5-2,0 vezes a do diâmetro da dita zona de clarificação. Nos reatores particularmente maiores, isso não é factível e outros meios são requeridos. No método e equipamento de acordo com a presente invenção, isso foi solucionado mediante o simples uso de elementos guias. A abertura de descarga (24) da unidade de descarga de solução reagida (23) é simetricamente localizada sobre o eixo central do reator, onde uma placa de prevenção de fluxo anular horizontal (25) é fixada à borda superior da unidade de descarga. Um anel guia (26), dirigido a partir da parede na direção do centro do reator, se encontra localizado em alguma distância acima da placa de prevenção de fluxo. Em conseqüência da placa de prevenção de fluxo (25) , o fluxo da solução (20) que se eleva a partir do centro do reator é dirigido na direção da borda da zona de clarificação, de modo que, na medida em que a área de seção transversal cresce, a velocidade é reduzida. 0 anel guia (26) significa que o fluxo desviado na direção do centro e sobre a abertura de descarga (24). Graças à força inercial que ocorre na curva próximo da parede, na área entre os elementos guias (25) e (26) , as partículas se desviam da corrente de descarga na direção da parede e se movimentam dentro do redemoinho de retorno dirigido para baixo (21), próximo da parede e, depois, retornam para a zona de reação (14).In order for solid particles in the clarification zone (22) (III), which have separated from the fluidized bed, to be returned to the bed, the clarification zone must be of sufficiently large diameter, and particularly in height, in the range. 1.5-2.0 times the diameter of said clarification zone. In particularly larger reactors this is not feasible and other means are required. In the method and equipment according to the present invention, this was solved by the simple use of guide elements. The discharge opening (24) of the reacted solution discharge unit (23) is symmetrically located over the reactor central axis, where a horizontal annular flow prevention plate (25) is fixed to the upper edge of the discharge unit. A guide ring (26) directed from the wall towards the center of the reactor is located some distance above the flow prevention plate. As a result of the flow prevention plate (25), the flow of the solution (20) rising from the center of the reactor is directed towards the edge of the clarification zone, so that, as the area of cross section grows, speed is reduced. The guide ring (26) means that the flow is diverted towards the center and over the discharge opening (24). Thanks to the inertial force that occurs at the curve near the wall, in the area between the guide elements 25 and 26, the particles deviate from the discharge stream towards the wall and move within the downwardly directed return swirl ( 21) near the wall and then return to the reaction zone (14).
Quando outro elemento guia de fluxo é posicionado na parte superior da zona de clarificação (22) (III), em conformidade com a presente invenção, o anel guia (26) é disposto de modo a ficar acima da placa de prevenção de fluxo (25) . 0 anel guia é fixado à parede, de modo que um afastamento anular é deixado entre a placa de prevenção de fluxo e o anel guia quando visto de cima. A distância vertical entre os elementos guias é determinada pela proporção entre os diâmetros das zonas de clarificação e reação. A largura do anel guia é de 10% a 30% do diâmetro da zona de clarificação.When another flow guide element is positioned at the top of the clarification zone (22) (III) in accordance with the present invention, the guide ring (26) is arranged to be above the flow prevention plate (25). ). The guide ring is fixed to the wall so that an annular clearance is left between the flow prevention plate and the guide ring when viewed from above. The vertical distance between the guide elements is determined by the ratio of the clarification and reaction zone diameters. The width of the guide ring is 10% to 30% of the diameter of the clarification zone.
A placa de prevenção de fluxo (25), a princípio, pode ser plana, pelo fato de que não existe uma 5 significativa quantidade de partículas sólidas no fluxo. Se existir razão para temer que os sólidos se acumulem no topo da placa (25), essa placa deveria ser modelada em um formato de funil. Isso é apresentado na figura 4, onde o formato do elemento guia da zona de clarificação inferior 10 ou placa de prevenção de fluxo (27) é cônico, de modo que a sua borda externe se eleva acima da abertura de descarga. Nesse caso, o formato do elemento guia evita a possível acumulação dos sólidos no topo da placa e na solução.The flow prevention plate 25 may at first be flat in that there is no significant amount of solid particles in the flow. If there is reason to fear that solids will accumulate on top of plate 25, this plate should be modeled in a funnel shape. This is shown in Figure 4, where the shape of the lower clarification zone guide element 10 or flow prevention plate (27) is tapered so that its outer edge rises above the discharge opening. In this case, the shape of the guide element prevents the possible accumulation of solids at the top of the plate and in the solution.
A solução apresentada na figura 4, de algum modo, é preparada para as partículas grossas e, possivelmente, ainda pesadas, alimentadas dentro do leito de fluidização da zona de reação, para se tornarem mais finas e mais leves quando reagirem com a solução alimentada dentro do reator. Os sólidos com excesso de finura (na maioria abaixo de 400 mesh ou 37 μιη) não podem ser completamente impedidos de se elevarem com o fluxo da solução do reator, mesmo com a disposição de acordo com a invenção. Nesse caso, é necessário aceitar uma pequena quantidade de sólidos na descarga. Isso significa que a placa plana de prevenção de fluxo é substituída por uma placa cônica (27), a qual quando fixada à unidade de descarga (23) forma um funil. Quando necessário, a inclinação da unidade de descarga pode ser alterada.The solution shown in figure 4 is somehow prepared for the coarse and possibly still heavy particles fed into the fluidizing bed of the reaction zone to become thinner and lighter when they react with the solution fed in. of the reactor. Excess fineness solids (mostly below 400 mesh or 37 μιη) cannot be completely prevented from rising with the flow of reactor solution even with the arrangement according to the invention. In this case, it is necessary to accept a small amount of solids in the discharge. This means that the flow prevention flat plate is replaced by a conical plate (27) which when attached to the discharge unit (23) forms a funnel. When necessary, the inclination of the discharge unit can be changed.
Uma alternativa para estabilizar o fluxo no leito 30 fluidizado (15) e melhorar a separação da zona de clarificação (22) é apresentada na aplicação do reator de mistura, de acordo com a figura 5. Imediatamente acima da camada de fluidização, isto é, entre a zona de reação (14) e a zona de repouso (18) , se dispõe um controle de estrangulamento tipo anel, dirigido para dentro, a partir da parede do reator. Entretanto, um espaçamento (2 9) é deixado entre a parede e o controle, através do qual a solução contendo sólidos que circula descendentemente na zona de clarificação pode sedimentar no leito fluidizado. Como o nome sugere, o controle de estrangulamento obstrui o fluxo de solução que se eleva da zona de reação (14) e, assim, intensifica o fenômeno de vórtice da zona de clarificação (18), isto é, a separação de sólidos da solução devido às forças centrífugas. Mediante o controle de estrangulamento, o fluxo de solução que se eleva é focado ainda mais intensamente sobre o eixo central, em que os vórtices do fluxo que se eleva próximo da parede são intensificados e o efeito ciclone separador das partículas do fluxo é aperfeiçoado.An alternative for stabilizing flow in fluidized bed 30 and improving separation of the clarification zone 22 is presented in the application of the mixing reactor according to figure 5. Immediately above the fluidization layer, i.e. between the reaction zone (14) and the rest zone (18), an inwardly directed ring choke control is provided from the reactor wall. However, a spacing (29) is left between the wall and the control, whereby the solids-containing solution that circulates downward in the clarification zone can settle in the fluidized bed. As the name suggests, throttling control obstructs the rising solution flow from the reaction zone (14) and thus intensifies the vortex phenomenon of the clarification zone (18), ie the separation of solids from the solution. due to centrifugal forces. By throttling control, the rising solution flow is focused even more intensely on the central axis, where the rising vortices near the wall are intensified and the cyclone separating effect of the flow particles is enhanced.
Algumas vezes, a distribuição do fluxo da solução ao longo de toda a seção transversal da zona de reação tem de ser intensificada com um adequado elemento de mistura, especialmente, quando a construção de grade usada abaixo do leito no procedimento de fluidização sólido-gás não pode ser adaptada sensivelmente para a fluidização sólido-gás. Um misturador (30) é colocado na zona de reação (14) de um reator de mistura, de acordo com a figura 5, o qual é suportado no mesmo eixo (31) como o misturador de trituração (17). O misturador (30), preferivelmente, é um misturador de rotor, feito de tubos em espiral. Esse tipo de misturador é também capaz de girar em altas densidades de lama. O objetivo do misturador é misturar o leito fluidizado e evitar que o mesmo se torne arqueado. 0 objetivo é também de espalhar o fluxo da solução que se eleva o mais uniformemente possível ao longo de toda a seção transversal, isto é, podendo ser chamado de um "misturador de grade", pelo fato de que o seu objetivo é atuar como uma substituição de grade no leito fluidizado. Quando um misturador é usado no leito fluidizado, a vantagem é que um sólido mais fino que o anterior pode ser obrigado a permanecer no leito e não será removido com o fluxo da solução.Sometimes the flow distribution of the solution along the entire cross-section of the reaction zone has to be intensified with an appropriate mixing element, especially when the underbed grid construction in the solid-gas fluidization procedure does not. can be adapted substantially for solid-gas fluidization. A mixer (30) is placed in the reaction zone (14) of a mixing reactor according to figure 5 which is supported on the same axis (31) as the milling mixer (17). The mixer 30 preferably is a rotor mixer made of spiral tubes. This type of mixer is also capable of spinning at high mud densities. The purpose of the mixer is to mix the fluidized bed and prevent it from becoming arched. The aim is also to spread the flow of the rising solution as evenly as possible across the entire cross section, that is, it may be called a "grid mixer" because its purpose is to act as a grid replacement in fluidized bed. When a mixer is used in the fluidized bed, the advantage is that a finer solid than the previous one may be required to remain in the bed and will not be removed as the solution flows.
Na modalidade mostrada na figura 5, é feita uma provisão para ocorrência de fortes variações de capacidade. Nesse caso, por exemplo, na medida em que a corrente da solução se torna menor, o estado de fluidização da zona de reação pode enfraquecer, podendo, até mesmo, se modificar parcialmente dentro do que é conhecido como leito fixo, após o que, o movimento das partículas sólidas é reduzido, enfraquecendo o esforço de cisalhamento exigido para as reações. Um misturador feito de tubos em espiral possibilita não apenas uma aperfeiçoada distribuição de líquido e sólido através de toda a seção transversal do leito, como, também, uma área de mistura de variável amplitude na zona de reação. Se o misturador no eixo for inserido a partir de baixo, a seção superior deve ser dotada de um anel centralizador de suporte.In the embodiment shown in figure 5, a provision is made for the occurrence of large variations in capacity. In this case, for example, as the solution current becomes smaller, the fluidization state of the reaction zone may weaken and may even partially change within what is known as a fixed bed, after which, The movement of solid particles is reduced, weakening the shear stress required for the reactions. A spiral tube mixer enables not only improved liquid and solid distribution across the entire bed cross section, but also a variable amplitude mixing area in the reaction zone. If the mixer on the shaft is inserted from below, the upper section must be provided with a support centering ring.
Na modalidade de um reator de mistura mostrada na figura 6, as partículas sólidas são impedidas de percorrer junto com a solução em um caminho ligeiramente diferente das resoluções anteriores. A solução é removida do reator (12) na unidade de descarga dirigida para cima (32), a qual, entretanto, se dispõe abaixo da superfície da solução e, especificamente, do eixo central do reator. Desse modo, é implementada uma simetria de fluxo, graças ao fluxo no formato tipo funil mostrado na figura 1, o qual se reduz na área de seção transversal e também não é aqui gerado. Ao invés disso, é deliberadamente gerado um campo de fluxo de alargamento, em que a vazão da solução na zona de clarificação (22) cai quase no valor médio ideal.In the embodiment of a mixing reactor shown in Figure 6, solid particles are prevented from traveling along with the solution in a slightly different path from previous resolutions. The solution is removed from the reactor (12) in the upwardly directed discharge unit (32), which, however, is disposed below the solution surface and specifically the central axis of the reactor. Thus, a flow symmetry is implemented, thanks to the funnel-like flow shown in Figure 1, which is reduced in cross-sectional area and is not generated here either. Instead, an enlargement flow field is deliberately generated, where the solution flow rate in the clarification zone 22 falls almost to the ideal average value.
Um elemento guia horizontal (34) , que na sai forma mais simples é um calço de ajuste circular, é estabelecido abaixo da abertura de descarga da solução (33). 0 calço funciona como uma placa guia, forçando o fluxo da solução que se eleva a se expandir lateralmente, e como uma placa de prevenção, evitar que o fluxo de solução 5 que se eleva siga diretamente para dentro da abertura de descarga. A modalidade de um reator de mistura de acordo com a presente invenção mostrada na figura 6, provavelmente, é a mais simples. Naturalmente, o calço de ajuste pode ser também de um formato de maior adaptação ao 10 fluxo, por exemplo, de estrutura cônica. Logicamente, o calço aqui apresentado, assim como, os elementos guias apresentados nas outras figuras, pode ser suportado pela parede do reator, assim como, pela borda da abertura de descarga.A horizontal guide element (34), which in the simplest form is a circular adjusting shim, is established below the solution discharge opening (33). The shim acts as a guide plate, forcing the rising solution flow to expand laterally, and as a prevention plate, preventing the rising solution flow 5 from flowing straight into the discharge opening. The embodiment of a mixing reactor according to the present invention shown in figure 6 is probably the simplest. Of course, the adjusting shim may also be of a more adaptable flow shape, e.g. of conical structure. Of course, the wedge shown here, as well as the guide elements shown in the other figures, can be supported by the reactor wall as well as by the edge of the discharge opening.
Em todos os casos, a regulagem da altura daIn all cases, the height adjustment of the
superfície ocorre usando tecnologia normal.surface occurs using normal technology.
ExemplosExamples
Exemplo 1Example 1
No presente exemplo é feita uma comparação entre o estado da técnica (A corresponde à Figura 1, mas a zona de clarificação teve a altura aumentada para o tamanho da Figura 6) e a presente invenção (B corresponde à Figura 6). 25 Em ambos os casos, o reator do processo e as condições básicas são as mesmas. Dois diferentes materiais em pó são utilizados. No reator de acordo com a presente invenção (B) , o diâmetro do calço de ajuste circular é Φ = 85 mm. Esses 4 diferentes casos são apresentados nas Tabelas 30 seguintes, em que:In the present example a comparison is made between the state of the art (A corresponds to Figure 1, but the clarification zone has increased height to the size of Figure 6) and the present invention (B corresponds to Figure 6). In both cases, the process reactor and the basic conditions are the same. Two different powder materials are used. In the reactor according to the present invention (B), the diameter of the circular adjusting shim is Φ = 85 mm. These 4 different cases are presented in the following Tables 30, where:
Al = um reator do estado da técnica, em que pó de cobre, com uma densidade ps = 8900 kg/m3, é usado no reator no início do processo; Α2 = um reator do estado da técnica, em que pó de amálgama, com uma densidade ps = 4450 kg/m3, é formado como prosseguimento das-;reações de cimentação;Al = a state-of-the-art reactor, where copper powder with a density ps = 8900 kg / m3 is used in the reactor at the start of the process; Α2 = a state-of-the-art reactor, in which amalgam powder with a density ps = 4450 kg / m3 is formed as a continuation of cementation reactions;
Bl = um reator de acordo com a invenção, em que pó de cobre, com uma densidade ps = 8900 kg/m3, é usado no reator no início do processo;B1 = a reactor according to the invention wherein copper powder with a density ps = 8900 kg / m3 is used in the reactor at the start of the process;
B2 = um reator de acordo com a invenção, em que pó de cobre, com uma densidade ps = 4450 kg/m3, é formado como prosseguimento das reações de cimentação do processo.B2 = a reactor according to the invention, wherein copper powder with a density ps = 4450 kg / m3 is formed as a continuation of the cementing reactions of the process.
Tabela 1 - Dimensões do Reator e Condições de Processamento, e Situação no Início do ProcessoTable 1 - Reactor Dimensions and Processing Conditions, and Situation at Process Start
Reator Diâmetro da Seção Inferior Tinferior mm 150 Diâmetro da Seção Superior Tsuperior mm 345 Altura Efetiva da Seção Inferior Zinferior mm 530 Altura Efetiva da Seção Superior Zsuperior mm 600 Solução Quantidade de .Fluxo Q m3/h 1,3 Densidade Pl kg/m3 1230 Viscosidade ηι mPas 1,9 Velocidade de Esvaziamento na Wesvaz.inferior m/s 0, 020 Seção Inferior Velocidade de Esvaziamento na Wesvaz.superior m/s 0,0039 Seção Superior Sólido Pulverulento Cobre Amálgama Carga inicial (grossa + M0 + mQ Kg 24, 8 25, 0 fina) Porção fina no início M0/M0+m0) % 33,6 67,3 Densidade Ps kg/m3 8900 4450 Tamanho limite da dlim μχη 96,4 148,7 partícula (Wdecant = Wsoi) Esvaziamento (sol/leito ε 0, 67 0, 74 inteiro Tabela 2 - Análise da Separação do Pó (idêntica para separação por gradeamento do pó)Reactor Lower Section Diameter Lower mm 150 Upper Section Diameter Upper Ts mm 345 Lower Section Effective Height Zinfer mm 530 Upper Section Effective Height Zsuper mm mm 600 Solution Quantity Q Flow m3 / h 1.3 Density Pl kg / m3 1230 Viscosity ηι mPas 1.9 Drain Speed at Wesemp.lower m / s 0,020 Bottom Section Drainage Speed at Wesemp.more m / s 0.0039 Top Section Pulverized Solid Copper Amalgam Initial charge (coarse + M0 + mQ Kg 24, 8 25, 0 fine) Early fine portion M0 / M0 + m0)% 33,6 67,3 Density Ps kg / m3 8900 4450 Dlim limit size μχη 96,4 148,7 particle (Wdecant = Wsoi) Emptying (sun / bed ε 0, 67 0, 74 integer Table 2 - Dust Separation Analysis (identical for grate separation of dust)
Tamanho da Peneira Passagem através da Peneira mesh mm % 30 0, 595 100 40 0, 420 99,4 50 0, 297 96,5 70 0,210 87, 2 100 0, 149 67, 5 140 0, 105 40, 0 200 0, 074 17, 3 270 0, 053 5,5 325 0, 044 2,5 400 0, 037 1,1 5 Tabela 3 - Situação ao Final do ProcessamentoScreen Size Pass through the Screen mesh mm% 30,595 100 40 0,420 99.4 50 0 297 96.5 70 0.210 87, 2 100 0, 149 67.5 140 0, 105 40, 0 200 0 .074 17, 3 270 0, 053 5.5 325 0, 044 2.5 400 0, 037 1.1 5 Table 3 - Situation at the End of Processing
Caso Al A2 Bl B2 Lote Final (grossa + Mt+mt kg 16,3 8 24 20,8 fina) "Finos" removidos do mt kg 8, 5 17 0,8 4 reator "Finos" removidos do mt/M0+mo) % 34 68 3 16 final Este é um caso de um reator de cimentação, em que é usado pó de cobre como carga inicial no leito fluidizado.Case Al A2 Bl B2 Final Lot (coarse + Mt + mt kg 16.3 8 24 20.8 thin) "Fines" removed from mt kg 8, 5 17 0.8 4 reactor "Fines" removed from mt / M0 + mo )% 34 68 3 16 final This is a case of a cementation reactor where copper powder is used as the initial charge in the fluidized bed.
A solução circulante reage com o cobre, após o que são formadas partículas de amálgama na reação de cimentação e, em algum estágio, elas são quase do tamanho original das partículas de cobre no que diz respeito ao tamanho do grão, porém, consideravelmente, mais porosas. Assim, sua 10 densidade diminui e, ao mesmo tempo, o número de partículas tendo a mesma velocidade de decantação que a velocidade do fluxo de solução, aumenta. O tamanho limite de partícula (dum) foi calculado na Tabela, da qual a velocidade de clarificação é a mesma que a velocidade do fluxo da 15 solução, na medida em que a solução se eleva do leito fluidizado na direção da zona de clarificação.The circulating solution reacts with copper, after which amalgam particles are formed in the cementation reaction and at some stage they are almost the original size of the copper particles with respect to the grain size, but considerably more. porous. Thus their density decreases and at the same time the number of particles having the same settling rate as the solution flow rate increases. The limiting particle size (dum) was calculated in the Table, of which the clarification rate is the same as the solution flow rate, as the solution rises from the fluidized bed towards the clarification zone.
Foi descoberto que a disposição de acordo com a presente invenção possibilitou uma significativa redução na quantidade de pó removido do reator.It has been found that the arrangement according to the present invention has enabled a significant reduction in the amount of dust removed from the reactor.
- com o pó de cobre: invenção/estado da técnica = Bi/Al = 3/34,0 = 0,09, isto é, aproximadamente 1/10;- with copper powder: invention / state of the art = Bi / Al = 3 / 34.0 = 0.09, ie approximately 1/10;
- com amálgama: invenção/estado da técnica = B2/A2 = 16/68 = 0,24, isto é, aproximadamente 1/4.with amalgam: invention / state of the art = B2 / A2 = 16/68 = 0.24, ie approximately 1/4.
Como mostra o Exemplo, quando se usa uma construção de reator de acordo com a presente invenção, a quantidade de pó removido do reator com a solução caiu, numa das alternativas, para um décimo e ainda em um caso mais difícil, para um quarto.As shown in the Example, when using a reactor construction according to the present invention, the amount of dust removed from the reactor with the solution dropped to one tenth and even a more difficult case to a quarter.
Exemplo 2Example 2
No dispositivo de acordo com a Figura 4, prataIn the device according to Figure 4, silver
foi removida de uma solução de cloreto cuproso usando um leito fluidizado à base de pó de cobre. 0 diâmetro da zona de reação do reator no qual o leito fluidizado foi formado foi de 1,5 m e a altura de 3,5 m. A parte inferior da zona 10 de reação foi equipada com um misturador de quatro lâminas para trituração dos aglomerados, o qual apresentava um tipo de passo de lâmina e um diâmetro de 0,6 m.was removed from a cuprous chloride solution using a fluidized copper powder bed. The diameter of the reactor reaction zone in which the fluidized bed was formed was 1.5 m and the height 3.5 m. The lower part of the reaction zone 10 was equipped with a four-blade agglomerate mixer, which had a blade pitch type and a diameter of 0.6 m.
O diâmetro da zona de clarificação foi de 3,4 m e a altura de 4,5 m. Uma placa de prevenção de fluxo foi 15 fixada em volta da unidade de descarga localizada na zona de clarificação e, nesse caso, a placa foi do tipo funil e apresentava um diâmetro externo de 1,8 m. Além disso, o fluxo de descarga da solução foi direcionado por meio de um anel guia, o qual foi fixado de modo a se estender 20 internamente, a partir da parede da zona de clarificação, de uma distância de 0,45 m. 0 anel guia foi localizado acima da placa de prevenção de fluxo e a uma distância deThe diameter of the clarification zone was 3.4 m and the height 4.5 m. A flow prevention plate was fixed around the discharge unit located in the clarification zone, in which case the plate was funnel type and had an outside diameter of 1.8 m. In addition, the discharge flow of the solution was directed by means of a guide ring which was fixed to extend internally from the clarification zone wall from a distance of 0.45 m. The guide ring was located above the flow prevention plate and at a distance of
0,4 m do anel externo da dita placa de prevenção de fluxo.0.4 m from the outer ring of said flow prevention plate.
0 peso específico da solução concentrada de 25 cloreto cuproso foi de 123 0 kg/m3, o pH de 2,9 e a temperatura de 702C. A solução foi alimentada na zona de reação do reator de mistura a uma vazão de 130 m3/h. A solução de alimentação continha 145 mg/L de prata, com a intenção de promover sua cimentação sobre a superfície do 30 pó de cobre. O pó de cobre usado foi de tamanho 85% abaixo de 110 micrômetros. Foi estimado que foi alcançado um nível de fluidização no teste, que foi ajustado para corresponder a um valor de ε de 0,7-0,8. O teste mostrou que após 15 minutos, o teor de prata da solução removida de cloreto cuproso do reator foi abaixo da ordem de 10 mg/L, isto permanecendo durante um período de teste de aproximadamente vinte e quatro horas. O teor de sólidos da solução a ser removida do reator variou entre 0,5 e 3,0 g/L, o que pode ser considerado como uma faixa de variação aceitável.The specific weight of the concentrated cuprous chloride solution was 1240 kg / m3, the pH 2.9 and the temperature 70 ° C. The solution was fed into the reaction zone of the mixing reactor at a flow rate of 130 m3 / h. The feed solution contained 145 mg / L silver, intended to cement it onto the surface of the copper powder. The copper powder used was 85% below 110 micrometers in size. It was estimated that a fluidization level was reached in the test, which was adjusted to correspond to a ε value of 0.7-0.8. The test showed that after 15 minutes the silver content of the cuprous chloride solution removed from the reactor was below the order of 10 mg / L, this remaining for a test period of approximately twenty four hours. The solids content of the solution to be removed from the reactor ranged from 0.5 to 3.0 g / L, which can be considered as an acceptable range.
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